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Vorrichtung zum Abscheiden von festen oder flüssigen Teilchen aus
einem Gasstrom Die Erfindung liegt auf dem Gebiet jener Einrichtungen zum Abscheiden
von festen oder flüssigen Teilchen aus einem Gasstrom, die aus einem Venturi-Strömungsgerät
unter Benutzung eines als Abscheider dienenden, unmittelbar und achsengleich nachgeschalteten
Krümmers besteht.
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Für das Auswaschen von Staub und Aerosolen aus Gasen verwendet man
in der Technik vielfach Venturi-Strömungsvorrichtungen oder auch Venturi-Strömungsapparate
anderer Konstruktionen.
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Im konvergenten Teil des Venturirohres wird das zu reinigende Gas
auf eine Geschwindigkeit zwischen 60 und 200 als beschleunigt. Diese Maximal-Geschwindigkeit
erreicht das Gas in der sogenannten Kehle, dem engsten Querschnitt des Venturirohres.
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Hier erfolgt etwa vorzugsweise quer zum Gasstrom die Eindüsung der
Waschflüssigkeit, und zwar wird meistens Wasser durch Düsen oder einen Spalt in
der Wand eingeführt. Beim Aufprall des Gases auf das eingedüste Wasser erfolgt der
hauptsächliche Wascheffekt. Es findet hierbei ein Energieaustausch zwischen Gas
und Flüssigkeit statt, bei dem zwangläufig die Flüssigkeit auf eine Geschwindigkeit
beschleunigt wird, die nur dicht unter der maximalen Gasgeschwindigkeit in der Kehle
liegt. Im anschließenden Diffusor wird das Gas stark verzögert, wobei Druck zurückgewonnen
wird, während die Waschmitteltropfen ihrer größeren Dichte wegen nur wenig abgebremst
werden und somit am Austritt des Venturi-Scrubbers eine Geschwindigkeit haben, die
weit über der Gasgeschwindigkeit liegt. In dieser hohen Tropfengeschwindigkeit findet
sich der Hauptanteil der für den Waschprozeß aufgewendeten Energie. Um die Waschflüssigkeit,
die hauptsächlich tropfenförmig in dem Gas enthalten ist, abzuscheiden, muß ein
Separator stets nachgeschaltet werden. Bisher verwendete man dazu üblicherweise
Zyklone oder Turbinenschaufel-Separatoren. Bei den großen in der Technik vorkommenden
Gasmengen bis zu etwa 400 000 m3/h, die in einer Einheit gereinigt werden müssen,
ergeben sich jedoch sehr große Separator-Dimensionen, so daß man bald an der Grenze
ihrer Wirksamkeit angelangt war. Bekanntlich kann der Durchmesser eines Fliehkraftabscheiders
in Zyklonbauart nicht beliebig vergrößert werden, da dann die radialen Teilchenwege
zu groß werden, um eine wirksame Abscheidung von Tropfen oder festen Partikeln zu
erreichen. Diese Schwierigkeiten werden nach der Erfindung überwunden.
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Zur Lösung einer anderen Aufgabe ist auch bereits vorgeschlagen worden,
einem Venturi-Strömungsgerät als Abscheider unmittelbar und achsengleich einen
Krümmer
nachzuschalten. Bei dieser älteren Bauart wurde zwischen zwei Sonderbauarten von
kegelförmig ausgebildeten, mit Waschflüssigkeit beschickten Venturirohren ein kegelförmig
verjüngter Krümmer mit kreisförmigen Querschnitten eingeschaltet.
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In wesentlicher Vereinfachung besteht die neue Vorrichtung aus einem
solchen einfachen Venturi-Strömungsgerät mit einem als Abscheider dienenden, unmittelbar
und achsengleich nachgeschalteten Krümmer, bei dem der Krümmer einen rechteckigen
Querschnitt hat, ebene, der Krümmung folgende Leitflächen aufweist und nahe dem
Ende der Leitflächen und der Krümmerwandung Fangeinrichtungen angeordnet sind, die
zu einem gemeinsamen Austritt führen.
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Nach einer Verbesserung stehen diese Leitflächen ebenso wie die Fangeinrichtungen
sowie die Ableitungen ganz oder teilweise unter dem Einfluß von Schwingern, die
den Austritt der abgeschiedenen festen oder flüssigen Teilchen begünstigen.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen
mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt Fig. 1 einen Venturi-Scrubber
mit einem nachgeschalteten Krümmer-Separator, der als Abscheider ausgebildet ist,
F i g. 2 einen Krümmer mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt, Fig. 3 einen
Krümmer niit senkrecht stehenden Fangblechen.
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Das durch Venturi-Scrubber und Krümmer 1 hindurchströmende Medium
bewegt sich in Pfeilrichtung.
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Das in den eckigen Krümmer einströmende Medium trifft auf ein oder
mehrere Leitbleche 2, an deren in der Strömungsrichtung liegenden Enden sich je
ein Fangblech 3 befindet. Dieses hat einen rechteckigen Querschnitt. Außerdem befindet
sich ein Fangblech 4 an der oberen Wand des Krümmers und ein weiteres Fangblech
5 an der unteren Krümmerwand. Die Seitenwände des Krümmers können auch mit entsprechenden,
senkrecht stehenden Fangblechen 6 ausgerüstet sein.
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Gelangt ein mit Flüssigkeitstropfen beladener Gasstrom, in dem durch
Beschleunigen und Verzögern des Mediums in einem Venturi-Scrubber den Teilchen eine
gegenüber dem Medium erheblich höhere Geschwindigkeit gegeben ist, in einen derart
ausgebildeten Krümmer, so werden die Tropfen infolge der ihnen innewohnenden großen
kinetischen Energie und der Fliehkraft auf die Leitbleche 2 geschleudert und auch
auf die untere Wand des Krümmers und fließen dort als Flüssigkeitsfilm in Richtung
des Gasstromes ab.
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Gerade die Tatsache, daß die Flüssigkeitstropfen im Gas eine wesentlich
größere Geschwindigkeit haben als das Gas selbst, hat zur Folge, daß ein Krümmer-Separator
nach der Erfindung besonders gut arbeitet. Die gegenüber dem Gas größere Geschwindigkeit
der Tropfen erklärt sich wie folgt: Im divergierenden Teil des Venturirohres 9 (Fig.
1) wird beispielsweise ein mit Flüssigkeitströpfchen beladenes Gas, welches in der
Kehle 10 des Venturirohres mit sehr großer Geschwindigkeit (etwa 60 bis 200m/s)
strömt, unter Verwandlung eines Teils seiner kinetischen Energie in statischen Druck
abgebremst. Die Gasgeschwindigkeit am Austritt des Venturirohres beträgt dann maximal
noch 15 mis. Die im Gas enthaltenen Flüssigkeitströpfchen dagegen, die während des
Waschprozesses in der Kehle Aerosole oder Staub aufgenommen haben, werden infolge
ihrer größeren Dichte im Diffusor nur unwesentlich abgebremst, so daß sie am Austritt
des Venturirohres 9 eine Geschwindigkeit haben, die nur unwesentlich unter ihrer
Marimal-Geschwindigkeit liegt (60 bis 200 m/s je nach maximaler Gasgeschwindigkeit
in der Kehle). Gerade für diese Strömungsform ist der nachgeschaltete Abscheidekrümmer
besonders gut geeignet, da den im Gas mitgeführten Tröpfchen eine wesentlich größere
kinetische Energie innewohnt als der Gasgeschwindigkeit am Eintritt des Abscheidekrümmers
entspricht. Außerdem wird die Abscheidung noch durch die Wirkung der Fliehkraft
verbessert. Demzufolge wird bei der Vereinigung eines Venturi-Scrubbers mit einem
Krümmer-Separator ein Abscheide-Wirkungsgrad der Tröpfchen erzielt, der in der Größenordnung
von 98,5 bis 98,9 01o und höher liegt. Die Gasgeschwindigkeit am Eintritt des Abscheidekrümmers
braucht dabei nicht höher als 10 bis 15 mis zu liegen.
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Als überraschend muß es bezeichnet werden, daß es bei dieser Vereinigung
eines Venturi-Scrubbers mit einem Krümmer-Separator gelingt, fast die gesamte für
den Waschprozeß aufgewendete Energie zweimal auszunutzen, nämlich einmal für den
Aufprall des verunreinigten Gases auf die quer eingedüste Waschflüssigkeit (was
eine gute Gaswäsche zur Folge hat) und ein zweites Mal zur Abscheidung der (schnellen)
Tropfen aus dem Gas. Gerade in der gegenüber dem
Gas sehr großen Tropfengeschwindigkeit
am Austritt des Diffusors stecken etwa 80 O/o der für den Waschprozeß aufgewendeten
Energie (Gas-Druckabfall zwischen Eintritt und Austritt des Venturi-Waschers).
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Es ist möglich, einen Krümmer-Separator auch ohne einen vorgeschalteten
Venturi-Scrubber zu verwenden, dann ergeben sich jedoch niedrigere Abscheidegrade
für Tröpfchen oder Aerosole oder auch für Stäube.
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Im praktischen Versuch hat sich gezeigt, daß sich auch an den drei
anderen Wandungen des Krümmers und an der Unterseite der Fangbleche ein Flüssigkeitsfilm
ausbilden kann. Diese Flüssigkeitsfilme fließen in die Fangbleche 3, 4, 5, 6 und
werden aus diesen durch Ableitungen 7, 8 (F i g. 3) abgezogen. Das gereinigte Gas
verläßt den Krümmer an dessen Austrittsseite.
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Entsprechend vollzieht sich der Vorgang der Abscheidung bei staubbeladenen
Gasen und bei Gasen, die Staub- und Flüssigkeitstropfen gemeinsam enthalten. Soll
Staub aus Gasen abgeschieden werden, so empfiehlt es sich jedoch, die Fangbleche
3, 4, 5, 6 und eventuell auch die Ableitungen 7, 8 in Schwingungen zu versetzen,
zweckmäßig durch einen gesonderten Antrieb, um ein Abfließen des (trockenen) Staubes
sicherzustellen. Bei kleinen Abscheidekrümmern wird zweckmäßig der ganze Krümmer
in geeignete Vibrationen versetzt.